Simulare la meccanica del cuore
Le malattie cardiovascolari rappresentano la causa principale di morte in tutto il mondo. L’infarto del miocardio o l’attacco cardiaco (motivazioni principali alla base delle malattie cardiovascolari) causano una necrosi spesso irreparabile del muscolo cardiaco, causata dal mancato afflusso di sangue. Per comprendere più a fondo le cardiopatie, il progetto COMPCARDMECH (Computational tools for cardiac mechanics), finanziato dall’UE, ha adottato una combinazione di modellizzazione teorica, nuove modalità di acquisizione delle immagini e moderni strumenti di simulazione, con lo scopo ultimo di formulare nuove ed efficaci strategie di trattamento. I ricercatori hanno sviluppato vari strumenti computazionali, tra cui una struttura quadro per la simulazione della meccanica cardiaca. Avvalendosi di immagini di risonanza magnetica ottenute dai pazienti, hanno segmentato i ventricoli cardiaci e hanno creato modelli specifici per singolo paziente. Per seguire il movimento e la deformazione del cuore, sono stati utilizzati mappe di orientamento di miofibra e mio-lamine di sintesi, accanto a un insieme di strumenti di correlazione delle immagini digitali. In tal modo, i ricercatori sono riusciti a combinare dati anatomici, di sforzo e fattibilità. La struttura quadro è stata in prima istanza utilizzata per dedurre proprietà meccaniche miocardiche umane normali, sia in fase diastolica che sistolica. È stata utile anche per creare mappe umane normali in relazione alla sollecitazione miocardica, da poter ulteriormente studiare per ottimizzare in silico terapie cardiache. Gli scienziati hanno successivamente applicato la pipeline a pazienti affetti da infarto miocardico, caratterizzando quindi la meccanica ventricolare nelle aree infartuate e delle zone limitrofe. Simili modelli ventricolari infartuati sono serviti per indagare sugli effetti dell’iniezione di biopolimeri. Un’altra struttura quadro è stata utilizzata per modellizzare la crescita e il rimodellamento del cuore sotto pressione o stress residuo; ne è emerso che quest’ultimo risulta benefico per la funzione diastolica. Lo stesso modello di crescita ha riprodotto le principali caratteristiche dell’ipertrofia cardiaca causata da ipertensione sistemica, consentendo di estenderne ulteriormente le applicazioni iniziali. Il valore predittivo degli strumenti COMPCARDMECH in silico ne indica le potenzialità riguardo al conseguimento di informazioni quantitative personalizzate su cardiopatici e orientamenti appropriati in relazione a una terapia futura.
Parole chiave
Meccanica cardiaca, malattia cardiovascolare, infarto del miocardio, strumento computazionale, modello
